Dit apparaat kan organen in ons lijf laten groeien

“Kunnen we robots maken die in het lichaam wonen en werken?” vroeg biomedisch ingenieur Pierre Dupont zich bijna een decennium geleden af toen hij begon bij het Boston Children’s Hospital. Hij is daar nu hoofd Pediatric Cardiac Bioengineering en hij begint te ontdekken dat die robots inderdaad goed kunnen werken. Een nieuw onderzoek op varkens wijst uit dat een geïmplanteerde motor misschien wel kan helpen bij het behandelen van baby’s met misvormde slokdarmen, een ernstige afwijking die op dit moment met invasieve, weken durende medische procedures wordt behandeld. De hoop is dat dit in de toekomst door robots niet meer nodig is.

In een onderzoek dat vorige week werd gepubliceerd in Science Robotics werd gevonden dat een robotisch implantaat gebruikt kan worden om de slokdarm van varkens te laten groeien. In feite rekte de robot de slokdarm uit totdat die weer aan elkaar begon te groeien. Hoewel het behandelen van patiënten op een vergelijkbare manier nog steeds scifi is, is dit een stap in de goede richting. In de toekomst gaat het mogelijk zijn om met robotische implantaten hetzelfde bij mensen te doen. Tenminste, dat is het doel van de onderzoekers.

Dupont, een van de auteurs van het paper, zegt dat hij altijd al geïnteresseerd is geweest in het gebruik van robots in de zorg. Tegenwoordig doet hij onderzoek naar slokdarmafsluiting, een geboorteafwijking waarbij baby’s geboren worden met een gat in hun slokdarm. Duponts huidige onderzoek richt zich op baby’s waarbij dat gat tenminste drie centimeter groot is.

“Bedenk eens dat je een glas water drinkt en je slokdarm gewoon ineens ophoudt,” zegt Dupont. De ziekte komt bij 1 op de 4000 baby’s voor en is zonder behandeling fataal. Het sterftecijfer is gelukkig vrij laag als het wordt behandeld met het Fokerproces, een complexe operatie die gebruikt wordt als het gat in de slokdarm te groot is om de einden aan elkaar te naaien. In plaats daarvan maken chirurgen hechtingen aan de uiteinden van de slokdarm en trekken ze die hechtingen door tot de rug van het kind met ‘knopen.’ Deze kunnen dan worden aangedraaid en elke dag, stukje bij beetje, de slokdarm uitrekken tot deze genezen is.

Deze techniek werkt heel goed om de aandoening te behandeling en heeft een succesratio van 95 tot 100 procent, maar heeft ook zo zijn nadelen. De baby moet meer dan drie maanden in het ziekenhuis blijven en moet ongeveer twee weken lang worden verlamd om het te laten werken, vertelt Dupont. Bovendien zijn de kosten enorm: ongeveer een miljoen dollar.

Met het robotimplantaat zouden chirurgen de baby’s niet meer hoeven verdoven en verlammen.

“Je neemt alle risico’s weg van het langdurig verdoven. Voor kinderen is verdoving toch al niet zo geschikt,” vertelt Dupont. “Je weet gewoon niet wat het doet met hun neurocognitieve ontwikkeling als ze zo lang verlamd zijn.”

Het robotimplantaat zou er ook voor zorgen dat je de procedure af kunt stemmen op verschillende patiënten, naast dat het preciezer gaat en je meer controle over het proces hebt.

Het robotimplantaat dat Dupont en zijn co-auteurs hebben ontworpen werkt ongeveer zo: een motor met een accu zit vast aan twee ringen die rond de slokdarm zijn genaaid. De motor is via een kabel verbonden aan een controller op de rug van het dier (het varken, of in de toekomst de mens), waardoor de onderzoekers de hoeveelheid kracht kunnen bepalen die op de slokdarm wordt uitgeoefend. De onderste ring wordt weggetrokken van de bovenste ring om de slokdarm zo telkens een beetje langer te maken.

Dit proces heet mechanostimulatie, waarbij het toepassen van grip (traction in het Engels), een trekkende kracht, weefselgroei stimuleert. Dupont vertelt dat mechanostimulatie nog niet helemaal wordt begrepen maar wel volop wordt toegepast. Eén toepassing, die vaak wordt gebruikt in borstreconstructie, is de weefseluitbreider (tissue expander in het Engels), waarbij artsen ballonnen onder de huid aanbrengen, waardoor huidgroei gestimuleerd wordt.

Zodra de onderzoekers het apparaat hadden ontwikkeld, werd het geïmplanteerd in vijf varkens, en drie robotvrije controlevarkens dienden als controlegroep. Alle acht varkens hadden gezonde slokdarmen. De robot vergrootte vervolgens de afstand tussen de ringen met telkens een klein beetje per dag, volgens de instructies van de onderzoekers. De varkens vertoonden geen tekenen van ongemak en hadden zelfs na de operatie een normale eetlust, volgens het onderzoek.

Na acht of negen dagen trekken, afhankelijk van het schema van het varken, konden de onderzoekers een groei van 77 procent laten zien, wat ook statistisch significante was vergeleken met de controledieren.

Dupont en zijn co-auteurs zagen ook een toename in het aantal cellen in de slokdarm, wat aangeeft dat de trekkracht groei stimuleert en de cellen niet alleen oprekt. Vergelijk het maar met een elastiekje dat je tussen je vingers uitrekt wat niet alleen dikker wordt, maar ook even dik blijft als wanneer het niet uitgerekt wordt.

De onderzoekers ontdekten ook dat het nieuwe weefsel gewoon functioneel was. Het beïnvloede deel van de slokdarm vertoonde in ieder geval een beetje peristaltiek, de spiersamentrekkingen in de lengte van de slokdarm waardoor dieren (waaronder mensen) eten kunnen doorslikken.

In de toekomst wil Dupont het implantaat ook gebruiken voor het behandelen van het kortedarmsyndroom. Dit is een andere aangeboren aandoening, waarbij kinderen die geboren worden met een volledig maagdarmkanaal een ontsteking krijgen waardoor zoveel darm moet worden verwijderd dat de kinderen vaak niet genoeg voedingsstoffen kunnen absorberen en intraveneus moeten worden gevoed.

Het is moeilijk om geld te verdienen met apparaten die worden ontwikkeld om zeldzame ziektes als slokdarmafsluiting te behandelen. Dupont hoopt daarom dat het robotimplantaat meerdere toepassingen heeft, zodat het ook gebruikt kan worden bij de behandeling van kortedarmsyndroom en andere aandoeningen met afwijkingen aan buisvormige organen.

Met dit onderzoek is de robotica opnieuw enorm waardevol gebleken voor medische behandeling. Alle ziektes, ook de zeldzame, verdienen een robothulpje als ze dat kunnen krijgen.